Method of Achieving the Least Loss of Information in an Asynchronous Binary Single-Photon Communication Channel with a Receiver Based on a Photon Counter

Abstract

Receiving modules of single-photon communication systems should provide the smallest loss of transmitted information when measuring low-power optical signals. In this regard, it is advisable to use photon counters. They are the most highly sensitive, but characterized by data recording errors. The aim of this work was to develop a method for determining the intensity of recorded optical signal in a singlephoton communication channel with a receiving module based on a photon counter, which ensures the least probability of erroneous registration of transmitted binary symbols. Methods of achieving the least loss of information in asynchronous photon binary communication channel with a receiver-based photon counter has been developed. A device for implementing this methods has been created. The method is based on using the statistical distribution of the mixture of the number of dark and signal pulses received at the output of the photon counter when registering binary symbols "0" P st 0 (N) and symbols "1" P st 1 (N). The essence of the method consists in determining the intensities of optical signals for transmitting binary symbols ("0" and "1") and threshold levels of the pulses N 1 and N 2 registered

Assessment of the influence of intensity of optical signal on the probability of erroneous data registration in a single-photon communication channel

“…1. Структурная схема установки для проведения экспериментальных исследований [11]: Ф -формирователь данных, ИС -источник оптического сигнала, Н -нейтральный светофильтр, ОВ -оптическое волокно, ЛФД -лавинный фотодиод, П -источник постоянного напряжения, R н -нагрузочный резистор, У -усилитель, Д -амплитудный дискриминатор, И1 и И2 -логические элементы И, Сч -счетчик импульсов, Тр -RS-триггер, ПК -персональный компьютер, Т -таймер, ЛЗ -линия задержки Установка содержит передающий модуль, оптическое волокно ОВ и приемный модуль и функционирует следующим образом [11]. Передающий модуль установки работает в режиме асинхронной передачи информации.…”

“…На основании полученных таким образом массивов данных рассчитываются статистические распределения смеси числа темновых и сигнальных импульсов на выходе счетчика фотонов при регистрации двоичных символов «0» 0 () Методика достижения наименьших потерь информации. Интенсивности оптических излучений, используемых для передачи двоичных символов («0» или «1»), и пороговые уровни зарегистрированных импульсов N 1 и N 2 , обеспечивающие наименьшую вероятность ошибочной регистрации двоичных символов «0», подбирались с помощью методики, описанной в работе [11]. В качестве критерия для реализации этой методики использован параметр…”

“…При этом при передаче двоичного символа («0» или «1») на выходе канала может быть не зарегистрировано ни символа «0», ни символа «1». Такой канал связи является дискретным двоичным несимметричным однородным без памяти и со стиранием [10,11]. Всеми потерями информации, за исключением потерь в счетчике фотонов, пренебрегаем.…”

“…Всеми потерями информации, за исключением потерь в счетчике фотонов, пренебрегаем. Вероятность ошибочной регистрации двоичных символов «0» для рассматриваемого канала связи определяется выражением [11] PN -статистическое распределение смеси числа темновых и сигнальных импульсов на выходе счетчика фотонов при регистрации двоичных символов «0»; P(0/0) и P(1/0) -вероятности регистрации на выходе канала связи символов «0» и «1» при наличии на входе канала связи символа «0»; P(-/0) -вероятность того, что при наличии на входе канала связи символа «0» на его выходе не будет зарегистрирован ни символ «0», ни символ «1»; N 1 и N 2 -нижний и верхний пороговые уровни регистрации соответственно.…”

“…Нижний и верхний пороговые уровни регистрации -это наименьшее и наибольшее число зарегистрированных на выходе счетчика фотонов импульсов, при котором делается вывод, что передан символ «0». При превышении зарегистрированных импульсов числа N 2 делается вывод, что передан символ «1», а при регистрации импульсов в количестве, меньшем чем N 1 , принимается решение, что символ отсутствует [11].…”